Mới đây, thiết bị kích thích não có kích cỡ nhỏ nhất hiện nay do các kỹ sư tại Phòng thí nghiệm của Trường Đại học Rice thiết kế đã được cấy ghép thử nghiệm trên bệnh nhân. Nhờ công nghệ truyền tải năng lượng điện từ không dây, thiết bị có kích cỡ nhỏ bằng hạt đậu này có thể kích thích xuyên màng cứng của não - lớp màng bảo vệ gắn chặt với lớp trong xương sọ.

Thiết bị này, được đặt tên là Trị liệu qua não có thể lập trình kỹ thuật số (the Digitally programmable Over-brain Therapeutic - DOT), có thể cách mạng hóa quy trình điều trị chứng trầm cảm kháng thuốc và các rối loạn tâm thần hoặc thần kinh khác. Nó cung cấp một phương pháp điều trị thay thế các phương pháp hiện tại, giúp cho bệnh nhân có khả năng tự điều chỉnh hành vi và cảm xúc của bản thân, có khả năng tiếp cận cao hơn so với các liệu pháp dựa trên kích thích thần kinh hiện tại và ít xâm lấn hơn so với các hệ thống giao diện não-máy tính (BCI) khác.

Robinson, giáo sư kỹ thuật về điện, máy tính và kỹ thuật sinh học tại Rice, cho biết: “Trong nghiên cứu này thử nghiệm này, chúng chứng minh thiết bị có kích thước bằng hạt đậu của chúng tôi có thể kích hoạt vỏ não vận động, khiến bệnh nhân có thể cử động tay. Trong tương lai, chúng tôi sẽ đặt thiết bị cấy ghép này vào các vị trí khác của não như vỏ não trước trán để hy vọng nó sẽ cải thiện chức năng điều khiển hành vi ở những người bị trầm cảm hoặc mắc các rối loạn khác”.

Các công nghệ kích thích não hiện hành để hoạt động được sẽ cần phải có nguồn năng lượng từ các cục pin có kích cỡ khá lớn cấy dưới da ở các vị trí khác nhau trên cơ thể và cần các dây cáp dài để kết nối các thiết bị. Những hạn chế kỹ thuật này khiến cho bệnh nhân phải trải qua nhiều cuộc phẫu thuật hơn, gánh chịu nhiều đau đớn hơn khi cấy ghép phần cứng, gặp phải các nguy cơ như đứt hoặc hỏng dây kết nối cũng như phải làm phẫu thuật lại để thay pin mới trong tương lai.

Joshua Woods, sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện, đang làm việc tại phòng thí nghiệm Robinson, tác giả chính của nghiên cứu công bố trên tạp chí Science Advances, giải thích: “Chúng tôi đã loại bỏ yêu cầu dùng pin cho thiết bị, cung cấp nguồn năng lượng điện từ không dây bằng bộ phát bên ngoài”. Amanda Singer, cựu sinh viên của Rice, hiện đang làm việc tại Motif Neurotech, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết thêm: “Công nghệ này dựa trên vật liệu chuyển đổi từ trường thành xung điện. Quá trình chuyển đổi này rất hiệu quả ở quy mô nhỏ, được phép có dung sai. Thao tác không quá phức tạp và không mất nhiều thời gian để kích hoạt và điều khiển. Thiết bị này có chiều rộng 9 mm và cung cấp dòng điện 14,5 volt”.

Robinson, người sáng lập và là CEO của Motif - công ty khởi nghiệp đang nỗ lực đưa thiết bị này ra thị trường, cho biết: “Bộ thiết bị cấy ghép của chúng tôi có thể lấy được toàn bộ nguồn năng lượng thông qua hiệu ứng điện từ này do đó công nghệ truyền tải năng lượng điện từ không dây của chúng tôi có thể truyền tải năng lượng hiệu quả hơn nhiều so với bất kỳ công nghệ truyền tải năng lượng không dây khác theo trong cùng một điều kiện”. Motif cũng là một trong một số công ty công nghệ thần kinh đang thực hiện các thử nghiệm thăm dò các mức độ tiềm năng của BCI để cách mạng hóa các phương pháp điều trị rối loạn thần kinh.

Tạm thời, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị này trên một bệnh nhân. Họ sử dụng nó để kích thích vỏ não vận động (phần não chịu trách nhiệm về chuyển động) và tạo ra phản ứng chuyển động của tay. Trong thử nghiệm ở lợn, họ cho biết các giao diện của thiết bị với não ổn định trong suốt 30 ngày.

Quá trình phẫu thuật cấy ghép thiết bị vào xương phía trên não sẽ kéo dài 30 phút; mô cấy và vết gần như là vô hình; bệnh nhân có thể về nhà ngay trong ngày.

Giáo sư Sheth, Đại học Y Baylor, cho biết: “Điều trị rối loạn thần kinh và tâm thần bằng phương pháp kích thích não sâu (DBS) xâm lấn nghe có vẻ đáng sợ nhưng DBS thực sự là một thủ thuật khá an toàn. Tuy nhiên, nó vẫn là đại phẫu thuật não và các rủi ro vẫn có thể sảy xa ở những người sẵn sàng chấp nhận nó. Công nghệ mới với thủ thuật xâm lấn ít hơn, kéo dài 30 phút, không khác gì thực hiện phẫu thuật da một chút, có thể thực hiện tại trung tâm phẫu thuật ngoại trú, sẽ có nhiều khả năng được bệnh nhân chấp nhận hơn DBS. Vì vậy, nếu chúng tôi có thể chứng minh rằng nó có hiệu quả tương đương với các phương pháp xâm lấn thay thế khác thì liệu pháp này có thể tác động lớn đến sức khỏe tâm thần cho bệnh nhân".

Đối với một số tình trạng, chẳng hạn như bệnh động kinh, thiết bị có thể cần được “bật” vĩnh viễn hoặc hầu hết thời gian, nhưng đối với các rối loạn như trầm cảm và OCD, chế độ kích thích chỉ vài phút mỗi ngày có thể đủ để mang lại những thay đổi như mong muốn. 

Robinson cho biết, ông thực sự quan tâm đến ý tưởng tạo ra mạng lưới cấy ghép và tạo ra các bộ cấy ghép có thể kích thích và ghi lại để chúng có thể cung cấp các liệu pháp cá nhân hóa dựa trên tín hiệu não của chính bệnh nhân. 

Motif Neurotech cũng đang trong quá trình xin FDA phê duyệt một thử nghiệm lâm sàng dài hạn trên người. Bệnh nhân và người chăm sóc có thể đăng ký trên trang web Motif Neurotech để tìm hiểu về thời gian và địa điểm diễn ra những thử nghiệm này.

P.T.T (NASATI), theo https://medicalxpress.com, 15/4/2024